MAX113/MAX117：高性能3V 8位ADC的技术解析与应用指南

作为电子工程师，在设计项目中，选择一款合适的模数转换器（ADC）至关重要。今天，我们就来深入探讨MAXIM推出的两款优秀ADC——MAX113和MAX117，它们具备+3V供电、400ksps采样率、4/8通道以及低至1µA的功耗等特性，适用于多种应用场景。

文件下载：MAX113.pdf

一、产品概述

MAX113和MAX117是与微处理器兼容的8位ADC，分别拥有4通道和8通道。它们采用单+3V电源供电，运用半闪存技术，实现了1.8µs的转换时间（400ksps）。通过PWRDN引脚，可将电流消耗降至典型的1µA，且能在小于900ns的时间内从掉电模式恢复到正常工作模式，非常适合突发模式应用。两款转换器都集成了跟踪/保持电路，能够对快速模拟信号进行数字化处理。

二、产品特性

2.1 电源与通道

• 单电源供电：支持+3.0V至+3.6V的单电源操作，简化了电源设计。
• 多通道选择：MAX113有4个模拟输入通道，MAX117则有8个，可满足不同的应用需求。

2.2 低功耗特性

• 工作模式：电流消耗为1.5mA。
• 掉电模式：电流可低至1µA，有效延长电池供电设备的续航时间。

2.3 高精度性能

• 总未调整误差：≤1 LSB，保证了转换的准确性。
• 无漏码设计：确保数据的完整性。

2.4 快速转换

每个通道的转换时间仅为1.8µs，能够快速完成模拟信号到数字信号的转换。

2.5 其他特性

• 无需外部时钟：内部集成的时钟电路减少了外部元件的使用。
• 内部跟踪/保持：方便处理快速变化的模拟信号。
• 比例参考输入：支持比例式操作，提高了测量的灵活性。

三、应用领域

3.1 电池供电系统

低功耗特性使得MAX113/MAX117非常适合电池供电的便携式设备，如手持仪表、可穿戴设备等，能够有效延长电池的使用时间。

3.2 系统健康监测

在工业控制系统、医疗设备等领域，可用于实时监测系统的各种参数，确保系统的正常运行。

3.3 通信系统

在数据采集和传输过程中，能够快速准确地将模拟信号转换为数字信号，保证通信的稳定性和可靠性。

3.4 远程数据采集

可用于远程监测和数据采集系统，如环境监测、气象站等，实现对远程数据的实时采集和传输。

四、电气特性

4.1 精度指标

• 分辨率：8位，能够提供较为精确的数字输出。
• 总未调整误差：±1 LSB，保证了转换的准确性。
• 微分非线性：±1 LSB，确保了数据的线性度。

4.2 动态性能

• 信噪失真比（SINAD）：在不同的采样频率和输入频率下，SINAD可达45dB，保证了信号的质量。
• 总谐波失真（THD）：在特定条件下，THD可达 -50dB，减少了谐波对信号的影响。
• 无杂散动态范围（SFDR）：可达50dB，提高了信号的纯净度。

4.3 输入特性

• 输入电压范围：VREF - 至VREF +，可根据参考电压进行调整。
• 输入泄漏电流：±3µA，对输入信号的影响较小。
• 输入电容：32pF，适用于大多数应用场景。

4.4 参考输入特性

• 参考电阻：1 - 4kΩ，可根据实际需求进行选择。
• 参考输入电压范围：REF - 至VDD，提供了灵活的参考电压设置。

4.5 逻辑输入输出特性

• 输入高电压：2 - 2.4V，确保逻辑信号的正确识别。
• 输入低电压：0.66 - 0.8V，保证逻辑信号的稳定传输。
• 输出低电压：在不同的负载电流下，输出低电压可控制在0.1 - 0.4V之间。
• 输出高电压：接近VDD，确保输出信号的强度。

4.6 电源要求

• 电源电压：3.0 - 3.6V，满足单电源供电的需求。
• 电源电流：在不同的工作模式和电源电压下，电源电流有所不同，掉电模式下电流可低至1 - 10µA。
• 电源抑制比：±1/16 - ±1/4 LSB，有效减少电源波动对转换结果的影响。

五、时序特性

5.1 转换时间

在不同的模式下，转换时间有所不同。例如，在WR - RD模式下，转换时间为1.8 - 2.4µs；在RD模式下，转换时间为2.0 - 2.6µs。

5.2 上电时间

上电时间为0.9 - 1.4µs，能够快速恢复到正常工作状态。

5.3 其他时序参数

还包括CS到RD、WR的建立时间和保持时间、CS到RDY的延迟时间、数据访问时间、RD到INT的延迟时间等，这些参数对于确保ADC的正常工作至关重要。

六、详细工作原理

6.1 转换操作

MAX113/MAX117采用半闪存转换技术，通过两个4位闪存ADC部分实现8位的转换结果。首先，15个比较器将未知输入电压与参考梯级进行比较，得到高4位数据。然后，内部数模转换器（DAC）利用这4位数据生成模拟结果和残差电压，再将残差与比较器进行比较，得到低4位数据。

6.2 掉电模式

在突发模式或低采样率应用中，可通过PWRDN引脚将设备关闭，将电源电流降至微安级别。当PWRDN引脚为高电平时，设备唤醒，进入跟踪模式，900ns后可开始新的转换。

6.3 数字接口

MAX113/MAX117有两种基本接口模式，由MODE引脚设置。

• 读模式（MODE = 0）：转换和数据访问由RD输入控制，WR/RDY作为状态输出，INT在转换结束时变为低电平。
• 写 - 读模式（MODE = 1）：转换由WR的下降沿启动，INT在转换结束时变为低电平，数据可在RD变为低电平时访问。还可通过内部延迟、提前读取和流水线操作等方式读取数据。

七、模拟考虑因素

7.1 参考连接

REF +和REF -的电压设置了ADC的模拟输入范围。可采用电源作为参考、外部参考或输入不参考GND等不同的参考连接方式。在掉电时，可使用N沟道MOSFET断开参考电流路径。

7.2 初始上电

首次上电时，需进行一次转换以初始化MAX113/MAX117，并忽略输出数据。

7.3 旁路电容

使用4.7µF电解电容和0.1µF陶瓷电容并联，将VDD旁路到GND，并最小化电容引线长度。同时，使用0.1µF电容旁路参考输入。

7.4 模拟输入

输入可建模为等效RC网络，典型的32pF输入电容允许源电阻高达1.5kΩ。内部保护二极管可防止输入引脚在GND - 0.3V至VDD + 0.3V范围内损坏，但为了保证准确转换，输入电压不应超过VDD 50mV或低于GND 50mV。

7.5 跟踪/保持

转换开始时，跟踪/保持进入保持模式；转换结束时，INT变为低电平，跟踪/保持进入跟踪模式。下一次转换需在最小采集时间tACQ后开始。

7.6 转换率

在写 - 读模式（tRD < tINTL）下，MAX113/MAX117可实现最大采样率，计算公式为： [f{MAX }=frac{1}{t{WR}+t{RD}+t{R I}+t_{A C Q}}]

7.7 信号质量指标

• 信噪失真比（SINAD）：反映了输入信号的质量。
• 有效位数：可通过SINAD计算得到。
• 总谐波失真（THD）：衡量了输入信号的谐波含量。
• 无杂散动态范围（SFDR）：体现了信号的纯净度。

八、订购信息

MAX113和MAX117提供多种封装和温度范围选择，如24引脚DIP、SSOP，28引脚DIP、SSOP等，可根据实际需求进行选择。

总之，MAX113/MAX117是两款性能优异的ADC，具有低功耗、高精度、快速转换等特点，适用于多种应用场景。在实际设计中，电子工程师可根据具体需求合理选择和使用这两款产品，以实现最佳的系统性能。你在使用这类ADC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。